CN101874937A - 一种油气回收的方法 - Google Patents
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Abstract
一种油气回收的方法，属于能源利用、环境安全和环境保护等技术领域。本发明采用多级冷凝、级间加压与低温尾气冷量回收的油气回收方法，实现对挥发性油气的回收。该方法回收效率高，有效节约能源；所用系统成本较低、结构简单、寿命长、易于操作，可应用于加油站、油库和油田等场合的原油和汽油等含碳量较低的挥发性油气的回收。
Description
技术领域
本发明涉及挥发性油份的一种回收的方法，可应用于加油站、油库和油田等场合的原油和汽油等含烃的挥发性油气的回收，属于能源利用、环境安全等技术领域。
背景技术
原油和汽油中存在的含碳量较低的挥发性烃类有机物极易挥发。油品的蒸发损耗是一种能源浪费，将其直接排入大气又危害着周围工作人员和附近居民的身体健康，长期扩散到空气中易形成光化学烟雾。鉴于油气混合物已超过爆炸下限，可能对周围环境产生爆炸性威胁，不利于环境保护。因此，无论在油库装载和卸载还是在加油站加油过程中，对挥发性油份蒸汽的回收是必要的环节。
为此，中国于2007年发布了《储油库大气污染物排放标准》、《加油站大气污染物排放标准》和《汽油运输大气污染物排放标准》，从时限和区域上强制执行各地区在储油库油气排放、油罐车油气排放和加油站卸油的油气排放等方面提出了控制标准。这标志着中国在能源利用和环境安全、环境保护等方面对油库和加油站以及油气输运过程提出新的要求。而目前对油气处理的普遍方法是，直接焚烧掉或将油气混和气体直接返回到储油罐中，未能达到真正回收的目的。
冷凝法油气回收是采用对油气混合物冷却降温，当温度达到某种烃的饱和温度时，开始发生凝结。将凝结液体送回到储油装置达到挥发油气回收的目的。采用冷凝法油气回收时，油气被冷却到-80℃以下非甲烷烃回收效率在93％左右。油气混合物被冷却的温度越低，回收效率越高。问题在于：如果冷凝温度过低，电能消耗过大，低温压缩机昂贵，回收的投资效益不显著。中国已公开专利申请号：CN 101244343A确实能够达到油气回收的目的，但存在如下不足：为达到挥发油分较高的回收效率，需要较低的深冷温度，整机的能量利用系数偏低；油气的低温尾气直接排放掉而冷量没有被回收，是一种能源浪费，又需要适用于深冷工况昂贵的压缩机；只有第I级制冷系统的冷凝器采用风冷，那么在温度较低的季节，不需要预冷时，该系统第I级制冷系统没有实际运行意义，浪费能源。随着我国节能和减排的逐步推进，相对较高的温度下将挥发的油气回收下来显得特别有意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种用于油气回收的方法，以减少了对昂贵的低温压缩机的初投资、免除爆炸隐患、提高油气回收装置的能效，减少在加油站、油库和油田储存、装、卸载过程中的油品挥发损耗，以利于节约能源、环境安全、环境保护以及人体健康。
本发明为解决以上技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供的第一种油气回收的方法其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1~10的I级压缩机进行压缩，再通过I级冷却器冷却换热后进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器出来的油气进入II级冷却器冷却换热后，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器出来的尾气，依次通过II级冷却器和I级冷却器，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
本发明提供的第二种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃，通过I级冷却器冷却换热后进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃后，再进入压缩比为1~10的II级压缩机进行压缩；
2)从II级压缩机出来的油气进入II级冷却器换热后，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器出来的尾气，依次通过II级冷却器和I级冷却器，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
本发明提供的第三种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1~10的I级压缩机进行压缩，再通过I级冷却器冷却换热后进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器出来的油气进入压缩比为1~10的II级压缩机进行压缩，经II级冷却器冷却换热后，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器出来的尾气，依次通过II级冷却器和I级冷却器，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
本发明提供的第四种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1~10的I级压缩机进行压缩，再进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器出来的油气进入压缩比为1~10的II级压缩机进行压缩，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
本发明提供的第五种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，再进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器出来的油气进入压缩比为1~10的II级压缩机进行压缩，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
本发明提供的第六种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1~10的I级压缩机进行压缩，再进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器出来的油气进入进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
上述技术方案中，所述的I级冷凝器所需冷量由I级制冷系统提供，所述的II级冷凝器所需冷量由II级制冷系统提供，所述III级冷凝器所需冷量由III级制冷系统提供，所述的II级制冷系统和III级制冷系统构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
①节能。根据现有排放标准，本系统提高了油气混合物的最低冷凝温度，改观了普通冷凝法油气回收冷凝温度过低带来的整套装置能效比低的缺点，通过数值计算发现优化的三级冷凝、中间加压和尾气回收利用的方法能够节约27％～73％能耗；
②成本较低。由于提高了最低冷凝温度，不必采用昂贵的低温压缩机、降低了保温材料要求等不利因素。结构简单、寿命长，也可实现自动控制；
③在II、III级制冷系统之间采用复叠式蒸汽压缩式制冷循环，既提高了整个油气回收装置的COP，又承担II级冷凝器需要的制冷量；
④降温后再压缩增加安全性。根据油气混合物的成分、比例、进入回收装置的油气初始压力、油气混合物的自燃点、着火点和回收效率以及排放浓度，灵活控制油气混合物在各级冷却器间的压缩比。
⑤对有、无空气渗入蒸发的油气具有通用性。针对有、无空气油气混合物和是否有大比例甲烷烃的油气混合物都适用于本系统，具有较好的通用性。
附图说明
图1为本发明的第一种实施例的工艺流程图。
图2为本发明的第二种实施例的工艺流程图。
图3为本发明的第三种实施例的工艺流程图。
图4为本发明的第四种实施例的工艺流程图。
图5为本发明的第五种实施例的工艺流程图。
图6为本发明的第六种实施例的工艺流程图。
图中：1-I级冷凝器；2-I级压缩机；3-I级冷却器；4-II级冷凝器；5-II级压缩机；6-II级冷却器；7-III级冷凝器8-I级制冷系统；9-II级制冷系统；10-III级制冷系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明原理和工作过程作进一步的说明：
图1为本发明的第一种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机2进行压缩，再通过I级冷却器3冷却换热后进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；2从II级冷凝器出来的油气进入II级冷却器冷却换热后，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器7出来的尾气，依次通过II级冷却器6和I级冷却器3，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收；
4)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
图2为本发明的第二种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃，通过I级冷却器3冷却换热后进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃后，再进入压缩比为1~10的II级压缩机5进行压缩；
2)从II级压缩机出来的油气进入II级冷却器6换热后，再进入III级冷凝器7进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器出来的尾气，依次通过II级冷却器6和I级冷却器3，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收；
4)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
图3为本发明的第三种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机2进行压缩，再通过I级冷却器3冷却换热后进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器4出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机5进行压缩，经II级冷却器6冷却换热后，再进入III级冷凝器7进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器出来的尾气，依次通过II级冷却器6和I级冷却器3，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收；
4)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
图4为本发明的第四种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机2进行压缩，再进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器4出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机5进行压缩，再进入III级冷凝器7进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收；
3)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
图5为本发明的第五种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，再进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器4出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机5进行压缩，再进入III级冷凝器7进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收；
3)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
图6为本发明的第六种实施例的工艺流程图，其具体包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机2进行压缩，再进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器4出来的油气进入III级冷凝器7进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收；
3)I级冷凝器1所需的冷量由I级制冷系统8提供，II级冷凝器4所需的冷量由II级制冷系统9提供，III级冷凝器7所需的冷量由III级制冷系统10提供，II级冷凝器和III级冷凝器构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
实施例：
采用表1所述的某石化厂装车油气组分分析油气回收方法的特点，油气混和物的流量为10mol/s。该油气的特点是挥发的油气中混有空气，，油分体积浓度为33.35％.油气回收的目的是将油气中的油份凝结成液体回收下来。
表1油气混和物组分和浓度(1atm，35℃)
| 物质 | 体积浓度(％) | 物质 | 体积浓度(％) |
| 甲烷 | 0.68 | 顺-丁烯 | 3.10 |
| 乙烷 | 1.24 | 异戊烷 | 6.00 |
| 丙烷 | 1.40 | 正戊烷 | 3.68 |
| 丙烯 | 0.30 | 正乙烷 | 4.10 |
| 正丁烷 | 3.70 | 氮气 | 52.69 |
| 异丁烷 | 5.60 | 氧气 | 14.01 |
| 反-丁烯 | 3.50 |
油气回收的方法采用上述工艺流程和公开专利申请号：CN 101244343A的方法，并对上述混合物油份回收的深冷温度和能量利用进行对比分析。以油份的回收效率达到93％为标准。所计算的采用各种方法的深冷温度详见表2，其中压缩机的效率设为80％。方案1~6为本发明的实施例，方案7为公开专利申请号CN 101244343A提出的冷凝法油气回收方法。可以看出，采用上述的实施方案能有效提高深冷温度，方案2和方案3效果最明显，但也增加了初投资的费用，如需要添加压缩机。
表2各种油气回收方案的特点和所需的最低深冷温度
| 方 案 | 方法 | 方法特点 | 深冷温度(℃) |
| 1 | 上述第一种实施例 | I级压缩比2.0、尾气利用 | -86 |
| 2 | 上述第二种实施例 | II级压缩比3.0、尾气利用 | -83 |
| 3 | 上述第三种实施例 | I级压缩比2.0、II级压缩比4.0、尾气利用 | -73 |
| 4 | 上述第四种实施例 | I级压缩比2.0、II级压缩比4.0 | -73 |
| 5 | 上述第五种实施例 | II级压缩比3.0 | -83 |
| 6 | 上述第六种实施例 | I级压缩比2.0 | -86 |
| 7 | CN 101244343A方法 | 无压缩，直接三级冷凝 | -95 |
表3各级制冷工质、蒸发温度和压缩机吸气过热
| 第I级制冷系统 | 第II级制冷系统 | 第III级制冷系统 | |
| 制冷工质 | R22 | R404A | R508B |
| 蒸发温度(℃) | -5 | -40 | 表1各方案深冷温度确定 |
| 压缩机吸气过热度(℃) | 5 | 15 | 30 |
根据各种实施方案，计算出为了达到油气回收效率为93％，所消耗的总能量和系统制冷系数COP。本文采用的制冷循环压缩机的电效率为50％，制冷工质和制冷循环的工况如表3所示。
表4采用各方案所消耗的电能和制冷系数
| 方案 | 消耗的电能(KW) | 节能(与方案7耗能比) | 系统的制冷系数 |
| 1 | 778.43 | 1.417 | 0.452 |
| 2 | 842.90 | 1.309 | 0.418 |
| 3 | 635.61 | 1.735 | 0.554 |
| 4 | 658.84 | 1.674 | 0.534 |
| 5 | 867.83 | 1.271 | 0.406 |
| 6 | 819.46 | 1.346 | 0.430 |
| 7 | 1103.04 | 1.000 | 0.321 |
从表4可以看出，方案1～6与方案7相比能有效节能27.1％～73.5％，并且采用尾气利用的方案会节能1％左右，可见采用加压的方案能有效提高油气回收效率，减小能耗。但压缩比不应过大，因为油气混和物压缩以后，温度会上升，增加爆炸的危险性。上述讨论各方案采用的压缩比是经过对爆炸下限和爆炸速度的限定确定的，确保油气混和物在压缩后的安全性不小于油气回收系统入口的值。
需要说明的是各油田出产的油品的成分和浓度比例不同，所以挥发出来的油气组分及含湿空气的量也不同，所以压缩机的压缩比和各级的冷凝温度应根据具体油气成分及安全性要求确定。
Claims (7)
1.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机(2)进行压缩，再通过I级冷却器(3)冷却换热后进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入II级冷却器(6)冷却换热后，再进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器(7)出来的尾气，依次通过II级冷却器(6)和I级冷却器(3)，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
2.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃，通过I级冷却器(3)冷却换热后进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃后，再进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩；
2)从II级压缩机(5)出来的油气进入II级冷却器(6)换热后，再进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器(7)出来的尾气，依次通过，II级冷却器(6)和I级冷却器(3)，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
3.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机(2)进行压缩，再通过I级冷却器(3)冷却换热后进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩，经II级冷却器(6)冷却换热后，再进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃；
3)从III级冷凝器(7)出来的尾气，依次通过II级冷却器(6)和I级冷却器(3)，尾气与油气充分换热后排出，从冷凝器凝结下来的油回收。
4.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机(2)进行压缩，再进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩，再进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
5.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，再进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩，再进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
6.一种油气回收的方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：
1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机(2)进行压缩，再进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；
2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入III级冷凝器(7)进一步冷却到-60℃～-95℃，从冷凝器凝结下来的油回收。
7.按照权利要求1～6任一权利要求所述的一种油气回收的方法，其特征在于：所述的I级冷凝器(1)所需冷量由I级制冷系统(8)提供，所述的II级冷凝器(4)所需冷量由II级制冷系统(9)提供，所述III级冷凝器(7)所需冷量由III级制冷系统(10)提供，所述的II级制冷系统(9)和III级制冷系统(10)构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。
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